(57)【要約】【課題】すぐれたクリープ耐性とともに高い寸法精度を有する金属構造体および、この金属構造体の製造方法を提供する。【解決手段】基板上に結合された状態で、焼鈍し処理が施されていることを特徴とする金属構造体、および焼鈍し処理工程を有する金属構造体の製造方法であって、該焼鈍し処理が、該金属構造体の半製品を基板上に結合した状態で施されることを特徴とする金属構造体の製造方法。【選択図】図１
2005300391.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に結合された状態で、焼鈍し処理が施されていることを特徴とする金属構造体。
【請求項２】
微細構造体であることを特徴とする請求項１に記載の金属構造体。
【請求項３】
コンタクトプローブであることを特徴とする請求項２に記載の金属構造体。
【請求項４】
リソグラフィー及び電鋳からなるプロセスにより、該基板上で形成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の金属構造体。
【請求項５】
焼鈍し処理工程を有する金属構造体の製造方法であって、該焼鈍し処理が、該金属構造体の半製品を基板上に結合した状態で施されることを特徴とする金属構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼鈍し処理が施されている金属構造体およびその製造方法に関する。より詳細には、クリープ耐性に優れ、高い寸法精度を有し、コンタクトプローブなどの微細構造体として好適に用いられる金属構造体およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体技術の進歩に伴い、半導体基板などに形成された回路の電気的な検査に必要なコンタクトプローブの重要性が増している。コンタクトプローブは、半導体基板などの回路に押し当てて使用されることから、回路との接続の信頼性を高め、回路に損傷を与えないようにするためにバネ機能を有する。
【０００３】
コンタクトプローブは繰り返し使用されるため、検査後の除荷時に元の形状にまで復元する特性が要求される。すなわち、除荷後、変形として残る量（クリープ量）が小さく、かつクリープ量がバネ加重時間（使用時間）とともに変化しない特性（クリープ耐性）が要求される。さらに、コンタクトプローブは、検査対象の半導体基板が５０℃〜１２５℃程度以上の高温の状態においても使用されることもあるので、このような高温でもクリープ耐性を維持することが要求される。
【０００４】
一方、半導体基板などが形成された回路の電気的検査では、数百〜数千箇所の回路を一括で測定する。そこで、全ての測定箇所における回路とコンタクトプローブの接続の信頼性を高めるため、コンタクトプローブには高い寸法精度が要求される。
【０００５】
金属材料のクリープ耐性を向上させるためには、結晶内の残留応力を下げる必要がある。金属構造体に焼鈍し処理を施すと、残留内部応力が減少し、クリープ耐性が向上するなどの優れた改質効果が得られる。例えば、特表２００１−５１６８１２号公報（特許文献１）には、改良した焼鈍し処理方法として、荷重下において安定した機械特性が得られる熱処理方法が開示されている。
【０００６】
ここで、焼鈍しとは、金属構造体などを加熱し、保温した後、温度を降下させる操作をいい、金属構造体の塑性加工適性の改善、残留内部応力の除去および結晶粒の調整などを目的とする熱処理である。金属構造体の比較的無秩序であった初期結晶構造は、焼鈍し処理により再構成され、より安定な平衡状態に達し、残留するすべての内部応力が本質的に除去される。
【０００７】
しかし、焼鈍し処理により残留応力が解放される際に、金属構造体には変形が発生することがある。この変形が発生すると、コンタクトプローブなどに要求される高い寸法精度を得ることは困難となる。そこで、焼鈍し処理を行う金属構造体の製造方法であって、焼鈍し処理の際に変形が発生しない製造方法の開発が望まれている。
【特許文献１】特表２００１−５１６８１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記のように、金属構造体に焼鈍し処理を施すと、残留内部応力が減少しクリープ耐性が向上するなどの優れた改質効果が得られるが、一方、焼鈍し処理によって変形が発生し、金属構造体の寸法精度が低下しやすい。本発明の課題は、この従来技術の問題を解決し、すぐれたクリープ耐性とともに高い寸法精度を有する金属構造体を提供すること、および、この金属構造体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、検討の結果、金属構造体が基板上に結合された状態（物理的に拘束された状態で）で、該金属構造体に焼鈍し処理を施せば、クリープ耐性や残留応力などを損なうことなく、変形も発生しないことを見出し、本発明を完成した。すなわち、従来のように、金属構造体単独で（物理的に拘束されない状態で）、焼鈍し処理を施すと、その残留応力は減少しクリープ耐性は向上するが、変形が発生していた。しかし、本発明によれば、残留応力は減少しクリープ耐性は向上するとともに、変形を発生することなく、高い寸法精度を有する金属構造体が容易に得られるのである。
【００１０】
本発明は、請求項１として、基板上に結合された状態で、焼鈍し処理が施されていることを特徴とする金属構造体を提供する。基板とは、焼鈍し処理が施される金属構造体が結合できる剛性の材質からなる板であり、電鋳品との熱膨張率の差が小さく、焼鈍しの加熱により変形しにくいものが好ましい。このような基板としては、ＳＵＳ、Ｃｕ又はＡｌなどの導電性基板、Ｓｉ又はガラスなどからなる非導電性基板を挙げることができる。なお、後述するリソグラフィーと電鋳からなるプロセスにより、該基板上に金属構造体を形成する場合は、該基板表面は導電性を有する必要がある。そこで、非導電性基板を用いる場合は、該基板上に、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕもしくはこれらの合金などからなる導電層を物理蒸着法（真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法）などにより形成したものが用いられる。
【００１１】
本発明の金属構造体を構成し焼鈍し処理が施される金属材料としては、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）および白金（Ｐｔ）からなる群より選ばれる少なくとも１種の材料が好ましい。中でも、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）又は鉄（Ｆｅ）がより好ましく、合金としては、ニッケル−コバルト（Ｎｉ−Ｃｏ）、コバルト−マンガン（Ｃｏ−Ｍｎ）、ニッケル−マンガン（Ｎｉ−Ｍｎ）、ニッケル−鉄（Ｎｉ−Ｆｅ）、コバルト−鉄（Ｃｏ−Ｆｅ）、チタン−タングステン（Ｔｉ−Ｗ）又はニッケル−コバルト−マンガン（Ｎｉ−Ｃｏ−Ｍｎ）が好ましい。
【００１２】
焼鈍し処理の条件は、金属構造体の応力除去の目的で通常の施されている条件を採用することができる。基板上に結合された状態で焼鈍し処理が施されることにより、すぐれたクリープ耐性などを損なうことなく、焼鈍し処理の際の変形が抑制される。すなわち、本発明の金属構造体は、クリープ耐性に優れ、変形量の少ない寸法精度にすぐれた金属構造体である。
【００１３】
本発明のこのすぐれた特徴は、コンタクトプローブなどの微細な金属構造体において特に顕著になる。本発明は微細でない金属構造体においても有効であるが、特に最小造作寸法が数μｍ〜数１００μｍ程度の微細構造体においては、拘束させた状態で残留応力を解放させることによる効果、すなわち焼鈍し処理の際の変形を抑制しながらクリープ耐性を向上させる効果が顕著に現れる傾向がある。従って、本発明の金属構造体は、そのバネ部などに数μｍ〜数１００μｍ程度の微細構造を持ち、クリープ耐性に優れることおよび変形量が少ないことが求められる部品、例えばコンタクトプローブとして好ましく使用することが出来る。
【００１４】
発明の請求項２および請求項３はこの好ましい態様に該当するものである。すなわち、請求項２は、前記の金属構造体であって、微細構造体であることを特徴とする金属構造体を提供するものである。又、請求項３は、前記の金属構造体であって、コンタクトプローブであることを特徴とする金属構造体を提供するものである。
【００１５】
金属構造体を基板上に結合する方法は特に限定されない。微細な金属構造体の製造方法として、リソグラフィーと電鋳からなるプロセスが例示されるが、この方法により基板上に微細な金属構造体を形成し、該金属構造体を基板より剥離、除去する前に、すなわち該金属構造体と該基板が結合したまま、焼鈍し処理を施してもよい。
【００１６】
ここで、リソグラフィーと電鋳からなるプロセスとは、表面が導電性を有する基板上に感光性樹脂（レジスト）を塗布し、金属構造体の形状に対応したパターンを通して露光し、現像してレジスト膜の開口部を形成し、該開口部に電気メッキを施し、その後レジストの除去、基板の剥離を行うことにより、金属構造体を得る方法である。
【００１７】
リソグラフィーと電鋳からなるプロセスにより、微細な金属構造体を容易に形成することができる。従って、リソグラフィーと電鋳からなるプロセスにより基板上に微細な金属構造体を形成し、該金属構造体と該基板が結合したまま焼鈍し処理を施すことにより、クリープ耐性に優れ、寸法精度にすぐれた微細な金属構造体、例えばコンタクトプローブなどを容易に製造することができる。
【００１８】
本発明の請求項４は、この好ましい態様に該当し、前記の金属構造体であって、リソグラフィーと電鋳からなるプロセスにより、該基板上で形成されることを特徴とする金属構造体を提供するものである。
【００１９】
本発明の金属構造体は、少なくとも２種類以上の金属材料からなるものでもよい。少なくとも２種類以上の金属材料からなる金属構造体は、例えば、リソグラフィー及び電鋳からなるプロセスにおいて、合金メッキを行うことにより、又は、単一金属あるいは合金メッキにより作製した金属構造体を、他種の金属材料で被覆することにより得ることができる。金属材料による被覆は、例えば、電気メッキ法、無電界メッキ法、化学蒸着法（ＣＶＤ）、物理蒸着法（ＰＶＤ）など、一般に知られている各種の方法により行うことができる。物理蒸着法としては、真空蒸着法、スパッタリング法又はイオンプレーティング法を使用することができる。
【００２０】
本発明は、前記の金属構造体を製造する方法も提供する。すなわち、本発明の請求項５は、焼鈍し処理工程を有する金属構造体の製造方法であって、該焼鈍し処理が、該金属構造体の半製品を基板上に結合した状態で施されることを特徴とする金属構造体の製造方法を提供するものである。ここで、金属構造体の半製品とは、焼鈍し処理工程を施す前の金属構造体を言う。
【００２１】
この方法により、クリープ耐性にすぐれ、変形量が少なく寸法精度にすぐれた金属構造体を製造することができる。特に、コンタクトプローブなどの微細構造体の製造において、この方法の効果は顕著になる。このような微細構造体を基板上に結合した状態で製造する方法としては、リソグラフィーと電鋳からなるプロセスが好ましく例示される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の金属構造体は、クリープ耐性に優れるものであり、かつ焼鈍し処理の際の変形量が少ないので、寸法精度にすぐれるものである。そこで、コンタクトプローブなどとして好適に用いることができる。
【００２３】
又、基板上に結合された状態で焼鈍し処理を施すことを特徴とする本発明の製造方法によると、金属構造体の残留内部応力が減少し、クリープ耐性が向上するとともに、拘束した状態で残留応力を解放させるために変形が発生しにくい。その結果、クリープ耐性に優れるとともに、寸法精度のすぐれた金属構造体を容易に製造することができ、コンタクトプローブなどの微細構造体の製造に好適に適用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
次に、本発明を実施するための最良の形態を、実施例により具体的に説明する。この実施例は、コンタクトプローブとして用いられる金属構造体（微細構造体）の半製品を、リソグラフィーと電鋳からなるプロセスにより基板上に形成し、形成された半製品（すなわち、基板に結合された）に焼鈍し処理を施して（すなわち、基板に結合された状態で焼鈍し処理を施して）、コンタクトプローブを製造する方法、およびこの方法により製造されたコンタクトプローブである。
【実施例】
【００２５】
図２は、本発明の金属構造体の一例である本実施例のコンタクトプローブを示す斜視図である。このコンタクトプローブは、被検査回路に接触するプランジャ部１と、一端においてプランジャ部１を支持するバネ部２と、バネ部２の他端をリード線に電気的に接続するリード線接続部３とを備える。コンタクトプローブは、プローブカード内に配置され、検査に際しては、プランジャ部１を被検査回路に押し当てて使用する。
【００２６】
（コンタクトプローブの半製品の形成）
図１は、本実施例のコンタクトプローブの製造方法の各工程を示す工程図である。この方法では、まず、コンタクトプローブの半製品が、基板上にリソグラフィーと電鋳からなるプロセスにより形成される。
【００２７】
まず、図１（ａ）に示すように、ＳＵＳ基板２１の表面にＸ線レジストによりレジスト膜２２を形成する。次に、所望のコンタクトプローブのパターンを有するマスク２３を用い、Ｘ線２４を照射する。その後、レジスト膜２２のうち露光箇所２２ａを現像により除去して、図１（ｂ）に示すような、樹脂型２２ｂを得た。
【００２８】
なお、この例では、ＳＵＳ基板が用いているが、代りに他の導電性を有する材質からなる基板を用いてもよい。又ガラスなどの非導電性の基板の表面に、物理蒸着法（真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法）などにより導電層を形成した基板を用いることもできる。
【００２９】
又この例では、ポジ型のＸ線レジストを用いＸ線により露光しているが、ホトレジストを用い光源としてＵＶなどを用いてもよく、又ネガ型レジストを用いてもよい。
【００３０】
樹脂型２２ｂを形成した後、図１（ｃ）に示すように、樹脂型２２ｂにニッケル−マンガン合金からなる金属層２５を形成した。金属層２５の形成は電鋳により行うことができる。電鋳とは、母型に膜厚数μｍ以上の厚付け電気メッキを施した後に、剥離して製品を得る方法をいう。
【００３１】
次に、金属層２５の表面を研磨又は研削し、金属層２５を所望の厚さに揃えた後、ドライエッチングにより、基板２１上の樹脂型２２ｂを除去した。その結果、図１（ｄ）に示すような、基板２１上に結合したコンタクトプローブの半製品である金属層２５が得られた。なお、ドライエッチングの代りにウエットエッチングを用いることも可能である。
【００３２】
（焼鈍し処理）
その後、金属層２５が基板２１に結合された状態で焼鈍し処理を施した。本実施例では、基板２１に結合された状態の金属層２５を、２００℃に温度を保持した恒温槽内で１時間加熱し、その後、室温にて自然冷却させることにより、焼鈍し処理を施した。
【００３３】
（コンタクトプローブの製造）
最後にドライエッチングにより基板２１を除去して、図１（ｅ）に示す本発明の金属構造体であるコンタクトプローブを得た。なお、ドライエッチングの代りにウエットエッチングを用いることも可能である。
【００３４】
比較例１
焼鈍し処理を行わなかった以外は、実施例と同様にしてコンタクトプローブを得た。
【００３５】
比較例２
焼鈍し処理を、ドライエッチングにより基板２１を除去した後に行った以外は、実施例と同様にしてコンタクトプローブを得た。
【００３６】
［クリープ耐性の評価］
マイクロ加重試験機（Ｆｉｓｃｈｅｒ社製Ｈ−１００）により、実施例、比較例で得られたコンタクトプローブのクリープ耐性を評価した。クリープ耐性の評価は、コンタクトプローブを８５℃の状態で、５０ｍＮの一定加重を１時間（３６００秒間）かけ続けたときの遅れ変形量（遅れ変形量＝１時間後の変形量−初期変形量）を測定することにより行った。２００℃で１時間の焼鈍し処理を施した実施例（本発明例）及び比較例２のコンタクトプローブの遅れ変形量は、焼鈍し処理を施さなかった比較例１のコンタクトプローブの遅れ変形量の約１／２５であった。
【００３７】
［変形量の評価］
次に、レーザー顕微鏡（キーエンス製ＶＦ−７５００）により、コンタクトプローブの焼鈍し処理前後での変形量を評価した。実施例（本発明例）のコンタクトプローブの変形量は、基板と半製品を結合させない状態で２００℃１時間の焼鈍し処理を施した比較例２のコンタクトプローブの変形量の約１／３０であった。
【００３８】
以上の結果は、本発明の焼鈍し処理を施したコンタクトプローブ（実施例）は、クリープ耐性に優れ変形量が少ないことを示している。すなわち、本発明の方法により、クリープ耐性および寸法精度に優れたコンタクトプローブを製造することができる。さらに、本実施例のようにリソグラフィーと電鋳からなるプロセスを用いると、プランジャ部とスプリング部とリード線接続部とが一体となったコンタクトプローブを容易に製造することができ、コンタクトプローブの微細化、複雑化にも対応できると共に、組立の作業も不要となる。
【００３９】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等などの意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の金属構造体の製造方法の一例を示す工程図である。
【図２】本発明の金属構造体の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  プランジャ部、２  バネ部、３  リード線接続部、
２１  ＳＵＳ基板、
２２  レジスト膜、２２ａ  露光箇所、２２ｂ  樹脂型、
２３  マスク、２４  Ｘ線
２５  金属層
【図１】
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【図２】
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